彭陳

（江蘇海事職業(yè)技術學院航海學院）

船舶柴油機連桿螺栓是連接桿體與連桿端蓋的一種特殊螺栓, 螺栓承受載荷大, 受力情況復雜, 連桿螺栓發(fā)生斷裂將會引起嚴重的事故, 輕則打壞缸蓋、缸套、連桿變形, 嚴重會導致曲軸斷裂, 機器損壞.據(jù)統(tǒng)計在柴油機機損事故中, 連桿螺栓斷裂引起的比例高達50%以上, 因此筆者結合工作實際分析桿螺栓斷裂的原因, 提出一些預防措施。

1　故障現(xiàn)象

韓國現(xiàn)代船廠2007年造18萬t級散裝船, 主機型號為HYUNDAI-MAN B&W 6S70MC, 在任職期間內, 該輪發(fā)生螺栓斷裂事故, HYUNDAI-MAN B&W 6S70MC型柴油機的連桿大端結構如圖1所示, 連桿大端為斜切口、齒形結合, 薄壁軸瓦。

2　故障原因分析

1) 連桿螺栓根部應力集中以及尺側出現(xiàn)縫隙.從斷裂的螺栓分析, 斷裂處基本都是在螺紋的根部, 連桿螺栓、螺孔及其配合是發(fā)生斷裂的主要原因.船舶柴油機連桿螺栓是固定在連桿大端的螺紋上, 每次柴油機連桿螺栓更換, 但是螺孔的螺紋卻是不變的, 柴油機長時間的運轉之后, 連桿螺栓與螺紋之間會發(fā)生一定的磨損, 這樣就會造成連桿螺栓與螺孔的螺紋不是很匹配.船舶柴油機連桿螺栓的根部比較容易發(fā)生應力集中, 而且螺紋的根部恰恰位于連桿大端軸承齒形接觸的分界面上, 所以連桿螺栓的根部比較容易發(fā)生斷裂.柴油機長時間運轉之后, 連桿大端軸承上下齒形接觸面?zhèn)让婺p, 出現(xiàn)尺側間隙, 軸承從動, 連桿大端螺栓承受橫向彎曲應力與剪應力, 導致連桿螺栓松動, 螺栓在周期性沖擊力作用下產生疲勞破壞而斷裂。

2) 連桿螺栓預緊力不正確.在柴油機連桿螺栓裝配過程中, 連桿螺栓預緊力過大或者過小, 導致事故發(fā)生.如果預緊力過大, 會超過連桿螺栓的屈服極限, 造成連桿螺栓的變形, 柴油機運轉之后, 產生很大的爆發(fā)力, 連桿螺栓處在應力交變得環(huán)境下, 裂紋會逐漸擴展, Z后會發(fā)生斷裂.如果預緊力過小, 柴油機運轉之后, 在往復慣性力的作用下, 連桿接合面會長生間隙, 螺栓會受到很大的慣性沖擊力, 導致連桿螺栓斷裂。

3) 連桿蓋安裝錯誤.安裝時要將做過同一標記的連桿大端與連桿螺栓緊固, 裝配錯誤會導致連桿大端接合面配合松動, 進而柴油機在運轉過程中連桿蓋松動會導致連桿螺栓斷裂。

4) 飛車或活塞在氣缸內燒死.柴油機運轉過程中, 如果出現(xiàn)“飛車”故障或者活塞在氣缸內發(fā)生拉缸故障, 會使連桿螺栓承受負荷過大而發(fā)生斷裂。

5) 連桿螺栓質量不過關.連桿螺栓在工藝和材質上要求很高, 一般是合金鋼和優(yōu)質低碳鋼, 不能用一般螺栓材料和劣質材料.一般螺栓的材質在加工工藝與熱處理等方面不能完全達到技術規(guī)范.有些螺栓質量不過關, 連桿螺栓還沒有達到承受載荷下就發(fā)生變形而斷裂。

6) 安裝時工作不細心.由于工作不細心, 連桿螺栓有劃傷、裂口, 螺栓與螺母配合松動, 就進行裝配會造成連桿螺栓的斷裂。

3　連桿螺栓斷裂的預防措施

1) 裝配前仔細檢查.為防止連桿螺栓斷裂事故發(fā)生, 連桿螺栓安裝前必須認真檢查, 不符合要求及時換新, 一般修復難度比較大、費用高, 周期也較長.如果換新, 檢查零件有無缺陷, 用手錘敲打螺栓, 聽聽聲音, 查看有無疲勞強度與缺陷, 尤其是螺栓頭部、螺紋與螺紋根部。

螺帽裝復不能過松否則螺紋會發(fā)生磨損, 螺帽以及螺栓頭部與軸承的接觸面要完好;螺栓與螺栓孔的配合間隙要合適;上緊螺帽插入開口時, 應檢查開口銷是否與螺帽表面接觸。

檢查連桿螺栓的伸長量, 參考技術要求, 如不符合要求, 要及時換新, 同時中型以下四沖程柴油機連桿螺栓的使用時間為15 000~20 000 h, 如果超過使用壽命, 即使表面無異狀也要換新。

2) 按照規(guī)定的預緊力和正確的方法裝配.如果柴油機在運轉過程中發(fā)生螺栓斷裂, 將發(fā)生機毀的重大事故, 因此必須按照說明書的要求上緊, 如安裝預緊力的大小、預緊方法、預緊次序等.上緊連桿螺栓時要按照拆卸時的標記裝復, 不能裝錯;裝復時墊片與軸承表面要清潔, 接觸良好;螺栓上緊要用扭力扳手, 兩邊螺栓均勻交替上緊, 不能單邊緊固;預緊力不能過大, 否則會致使螺栓疲。.

3) 采取螺栓防松措施.正確的固緊與鎖緊是避免發(fā)生斷裂的有效措施.擰緊后的螺栓?有防松措施, 科學的防松措施是依賴螺紋的自鎖能力, 因此在高速柴油機上采用細牙螺紋, 減小導程角, 使導程角遠小于摩擦角, 對螺紋部分鍍銅, 以增加螺紋間的貼合度及摩擦系數(shù), 提高防松效果.目前在一些新產品中不采取任何防松措施, 而是靠提高細牙螺紋的精度, 確保預緊力?達到防松目的。

4) 經(jīng)常檢查柴油機日常工作狀況.柴油機運轉過程中, 如果發(fā)現(xiàn)異常情況, 及時停車檢查.當螺桿出現(xiàn)松動或者被拉長, 會出現(xiàn)較大的敲擊聲, 立即停車, 檢查軸瓦, 如果軸瓦間隙過大, 更換連桿軸承或者加大軸瓦.定期檢查連桿螺栓的緊固情況, 查明原因, 檢查螺栓損壞情況, 使用扭矩扳手按照規(guī)定上緊。

4　結束語

通過對HYUNDAI-MAN B&W 6S70MC型柴油機連桿螺栓斷裂事故分析, 筆者認為造成連桿螺栓斷裂原因包括預緊力不均、螺紋表面不清潔、螺紋配合過松或過緊、柴油機發(fā)生拉缸或者咬缸事故等, 連桿斷裂極易引起搗缸和燒瓦, 為防止此類事故發(fā)生, 在操作以及裝配過程中必須嚴格按照技術規(guī)范, 確保柴油機安全。

參考文獻：

[1]彭陳.船舶柴油機連桿螺栓斷裂故障分析及預防措施[J].廣州航海學院學報,2016,24(04):14-15.

（來源：廣州航海學院學報）